ผงไมโครซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวในวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อน

บ้าน > บล็อก > ผงไมโครซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวในวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อน

ผงไมโครซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวในวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อน

สารกัดกร่อน

เมื่อโมดูลจ่ายไฟร้อนเกินไปที่ส่วนต่อประสานแบบติดตั้งตายตัว, โหมดความล้มเหลวนั้นแทบจะไม่ได้เป็นตัวประสานเลย — มันคือ กองต้านทานความร้อน ข้างใต้มัน. วัสดุเชื่อมต่อการระบายความร้อน (เวลา) ที่เต็มไปด้วยอนุภาคเกรดต่ำหรือเกรดไม่ดีทำให้เกิดขอบเขตการกระเจิงของโฟนอนที่ทำให้อุณหภูมิของจุดแยกพองขึ้น 8–15 °C, เร่งการย้ายถิ่นฐานด้วยไฟฟ้าและลดเวลาเฉลี่ยระหว่างความล้มเหลวตามลำดับความสำคัญ. การเลือกฟิลเลอร์ที่เหมาะสมไม่ใช่การตัดสินใจด้านความสวยงาม; เป็นการตัดสินใจทางวิศวกรรมที่มีความน่าเชื่อถือและมีผลกระทบโดยตรงต่อต้นทุนในวงกว้าง.

เหตุใดกรีนซิลิคอนคาร์ไบด์จึงมีประสิทธิภาพเหนือกว่าตัวเติม TIM ทั่วไป

TIM เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่อาศัยอลูมินา, ซิงค์ออกไซด์, หรืออะลูมิเนียมไนไตรด์เป็นสารตัวเติมนำความร้อน. แต่ละแห่งมีการแลกกันในเรื่องต้นทุน, ความเข้ากันได้, หรือค่าการนำไฟฟ้าของเพดาน. ซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียว (จีเอสไอซี) ผงไมโคร ครอบครองระดับประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน: ค่าการนำความร้อนจำนวนมาก 120–150 W/m·K (เทียบกับ 20–30 W/m·K สำหรับอลูมินา), ค่าการนำไฟฟ้าใกล้ศูนย์ในรูปแบบพาสซีฟ, และความแข็งโมห์สเท่ากับ 9.5 ที่ต้านทานการเสียรูปของอนุภาคภายใต้วงจรการบีบอัด.

ความบริสุทธิ์ของผลึกของ GSiC — โดยทั่วไปคือ ≥99.0% SiC โดยมีระดับสิ่งเจือปนของไนโตรเจนและโบรอนต่ำกว่า 200 ppm — จำกัดการกระจายข้อบกพร่องของตาข่ายที่อาจลดการขนส่งความร้อนในระดับเกรน. ทำความเข้าใจกับ กระบวนการผลิตซิลิคอนคาร์ไบด์ ชี้แจงว่าทำไมวัสดุเกรดสีเขียว, สังเคราะห์ที่ความบริสุทธิ์สูงกว่า SiC สีดำ, มอบโฟนันที่เหนือกว่าอย่างต่อเนื่องหมายถึงเส้นทางอิสระในเมทริกซ์ฟิลเลอร์หนาแน่น.

การกระจายขนาดอนุภาค: วิศวกรตัวแปรมักจะระบุไม่ชัดเจน

การนำความร้อนในพอลิเมอร์คอมโพสิตที่เติมนั้นไม่ใช่ฟังก์ชันเชิงเส้นของการโหลดฟิลเลอร์. ขึ้นอยู่กับการกระจายขนาดอนุภาคเป็นอย่างมาก (พีเอสดี), เนื่องจาก multimodal PSD ช่วยให้อนุภาคขนาดเล็กบรรจุลงในช่องว่างระหว่างอนุภาคที่ใหญ่กว่าได้, เพิ่มสัดส่วนปริมาตรฟิลเลอร์ที่มีประสิทธิภาพโดยไม่เพิ่มความหนืดตามสัดส่วน. สำหรับ TIM ที่เต็มไปด้วย GSiC, การผสมแบบไบโมดัลที่รวม D50 ที่ 10–15 µm กับประชากรรองที่ 1–3 µm จะทำให้ได้ความหนาแน่นของการบรรจุสูงกว่าอย่างสม่ำเสมอ 68% - เกณฑ์ที่เครือข่ายการซึมผ่านสำหรับการขนส่งหน่วยเสียงมีความต่อเนื่อง.

ผงละเอียดแบบโมดัลเดี่ยวที่ D50 ≤ 5 µm เพิ่มพื้นที่ผิวให้สูงสุดแต่สร้างเนื้อครีมที่มีความหนืดสูงซึ่งยากต่อการจ่ายที่ความหนาของพันธะ (50–150 ไมโครเมตร) จำเป็นในบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง. ตรงกันข้าม, ผงหยาบเท่านั้นที่สูงกว่า D50 30 µm ทำให้เกิดความหยาบของพื้นผิวที่ไม่ตรงกันที่ส่วนต่อประสานของวัสดุพิมพ์. การระบุอัตราส่วน D10/D90 ที่แคบ — โดยเฉพาะอย่างยิ่ง D90/D10 ≤ 5 สำหรับเศษส่วนปฐมภูมินั้นมีความสำคัญพอๆ กับการระบุเส้นผ่านศูนย์กลางค่ามัธยฐานนั่นเอง.

การเปรียบเทียบประสิทธิภาพ: GSiC กับฟิลเลอร์ TIM ทั่วไป

ตารางด้านล่างเปรียบเทียบพารามิเตอร์วัสดุที่สำคัญสำหรับสารตัวเติมที่ใช้ในสูตร TIM ประสิทธิภาพสูง. ค่าแสดงถึงคุณสมบัติของวัสดุเทกอง; ค่าการนำไฟฟ้าคอมโพสิตขึ้นอยู่กับเศษส่วนการโหลด, เมทริกซ์, และความต้านทานของอินเทอร์เฟซ.

วัสดุฟิลเลอร์	การนำความร้อนจำนวนมาก (W/ม·เค)	ความต้านทานไฟฟ้า (โอ้·ซม)	ความแข็งของโมห์ส	ช่วง D50 ทั่วไป (ไมโครเมตร)
กรีนซิลิกอนคาร์ไบด์	120–150	>10⁴ (พื้นผิวออกซิไดซ์)	9.5	1–45
อลูมิเนียมไนไตรด์ (อัลเอ็น)	140–180	>10¹³	7	1–30
อลูมินา (อัล₂O₃)	20–35	>10¹⁴	9	0.3–50
ซิงค์ออกไซด์ (สังกะสีโอ)	25–30	ตัวแปร (เซมิคอนดักเตอร์)	4.5	0.1–5
โบรอนไนไตรด์ (เอชบีเอ็น)	60–300 (แอนไอโซทรอปิก)	>10¹³	2 (ระนาบฐาน)	2–20

เพดานการนำไฟฟ้าของ GSiC ตกลงต่ำกว่า AlN ในปริมาณมาก, แต่ราคาต่อกิโลกรัมเท่ากัน, โดยทั่วไปแล้ว GSiC จะให้ประสิทธิภาพทางความร้อนของอลูมินา 2–3 เท่าในราคาเพียงเล็กน้อยของราคา AlN. ดิ ความหนาแน่นของซิลิคอนคาร์ไบด์ (3.21 ก./ซม.³) ยังมีความสำคัญสำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศและ EV ที่ไวต่อน้ำหนักอีกด้วย, โดยที่การลดมวล TIM ลงโดยไม่สูญเสียการนำไฟฟ้าถือเป็นข้อจำกัดในการออกแบบที่แท้จริง.

ข้อกำหนดการรักษาพื้นผิวสำหรับความเข้ากันได้ของโพลีเมอร์เมทริกซ์

อนุภาค GSiC ที่ไม่ได้รับการบำบัดจะมีชั้นผิว SiO₂ ดั้งเดิม — โดยทั่วไปมีความหนา 2–5 นาโนเมตร — ซึ่งปรับปรุงการแยกตัวทางไฟฟ้า แต่สร้างความไม่ตรงกันแบบขั้ว/ไม่มีขั้วกับเมทริกซ์ซิลิโคนและอีพอกซี. โดยไม่ต้องมีการบำบัดด้วยสารคัปปลิ้ง, การยึดเกาะที่ส่วนต่อประสานของอนุภาค-เมทริกซ์มีน้อย, นำไปสู่การหลุดล่อนภายใต้การหมุนเวียนด้วยความร้อน (-40 °C ถึง 150 องศาเซลเซียส, เจเดค JESD22-A104) และการเพิ่มขึ้นของความต้านทานความร้อนของพื้นผิวที่วัดได้.

สารเชื่อมต่อไซเลน — โดยเฉพาะอะมิโนโพรพิลไตรเอทอกซีไซเลน (เหมาะสม) หรือไกลซิดอกซีโพรพิลไตรเมทอกซีไซเลน (GPTMS) — ใช้ที่ 0.5–1.5 % โดยน้ำหนัก สัมพันธ์กับมวลสารตัวเติม ทำให้เกิดการปรับปรุงที่วัดได้ทั้งในด้านความแข็งแรงการยึดเกาะและการนำความร้อนของคอมโพสิต. บำบัดคอมโพสิต GSiC ที่ 60 การโหลด% โดยปริมาตรในเมทริกซ์ซิลิโคนได้แสดงให้เห็นค่าการนำไฟฟ้าจำนวนมากที่ 4.5–6.0 W/m·K, เทียบกับ 2.8–3.5 W/m·K สำหรับค่าเทียบเท่าที่ไม่ผ่านการบำบัดที่โหลดเดียวกัน.

รายการตรวจสอบข้อกำหนดที่สำคัญสำหรับการจัดซื้อ GSiC เกรด TIM

วิศวกรที่ออกข้อกำหนดการจัดซื้อผงไมโคร GSiC สำหรับการผลิต TIM ควรต้องมีเอกสารเกี่ยวกับพารามิเตอร์ต่อไปนี้จากซัพพลายเออร์:

ความบริสุทธิ์ของสารเคมี: เนื้อหา SiC ≥99.0%; ฟรีซิลิคอน ≤0.1%; คาร์บอนอิสระ ≤0.3%; สิ่งเจือปนของโลหะทั้งหมด (เฟ, อัล, แคลิฟอร์เนีย) ≤500 ppm โดย ICP-OES
การกระจายขนาดอนุภาค: D10, D50, ค่า D90 ต่อ ISO 13320 (การเลี้ยวเบนของเลเซอร์); เศษส่วนขนาดใหญ่สูงสุดที่สูงกว่า D90 + 20% จะต้องเป็น ≤0.1%
สัณฐานวิทยา: การยืนยัน SEM ของอนุภาคย่อยเชิงมุมถึงเชิงมุม; หลีกเลี่ยงรูปร่างที่มีเกล็ดเลือดโดดเด่นซึ่งจะเพิ่มแอนไอโซโทรปีในชั้น TIM ที่จ่ายยา
เคมีพื้นผิว: พื้นที่ผิวเดิมพัน (ตรม./ก) และปริมาณออกไซด์ของพื้นผิว; ระบุว่าจำเป็นต้องมีการเตรียมไซลาไนซ์หรือไม่ก็จัดหามาโดยไม่ผ่านการบำบัดสำหรับการมีเพศสัมพันธ์ภายในองค์กร
ความสม่ำเสมอแบบมากต่อมาก: ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลง PSD ≤5% ตลอดชุดการผลิต; สำคัญมากสำหรับสายการจ่ายแบบอัตโนมัติที่ความหนืดต้องอยู่ภายใน ±10% ของเป้าหมาย
ปริมาณความชื้น: ≤0.1% โดยน้ำหนักเมื่อส่งมอบ; ความชื้นส่วนเกินทำให้เกิดเป็นโมฆะระหว่างการรักษา TIM และลดประสิทธิภาพอิเล็กทริกในระยะยาว. เหมาะสม สภาวะการเก็บรักษาซิลิคอนคาร์ไบด์ จะต้องได้รับการดูแลผ่านห่วงโซ่อุปทาน.

กลยุทธ์การโหลดการผสมสูตรและเป้าหมายการนำความร้อน

เพื่อให้ได้ TIM คอมโพสิตที่มีค่าการนำไฟฟ้าจำนวนมากข้างต้น 3 W/m·K ต้องใช้เศษส่วนของปริมาตรตัวเติมที่เกิน 50 % โดยปริมาตร — ระดับที่ต้องการการจัดการรีโอโลยีอย่างระมัดระวังเพื่อรักษาความสามารถในการพิมพ์หรือการจ่ายยา. ส่วนผสม Bimodal GSiC (10–15 µm หลัก, 1–3 µm ทุติยภูมิที่ a 70:30 อัตราส่วนน้ำหนัก) อนุญาตให้สูตรโหลดได้ถึง 58–62% โดยปริมาตรโดยมีความหนืดอยู่ข้างใต้ 50 Pa·s ที่อัตราการเฉือน 10 ซ⁻¹, ซึ่งเข้ากันได้กับอุปกรณ์การพิมพ์ลายฉลุและการจ่ายเข็ม.

สำหรับ TIM แบบเปลี่ยนเฟสและตัวเติมช่องว่างที่จำเป็นต้องปฏิบัติตามที่แรงดันต่ำ, โดยทั่วไปการโหลด GSiC จะถูกจำกัดไว้ที่ 40–50 vol% เพื่อรักษาความยืดหยุ่นทางกล. ในสูตรเหล่านี้, GSiC ที่ผ่านการบำบัดพื้นผิวด้วย PSD ที่แคบกว่า (D90/D10 ≤ 3) เป็นที่ต้องการเนื่องจากจะช่วยลดความเสี่ยงในการจับตัวเป็นก้อนในระหว่างการผสมและช่วยเพิ่มความสม่ำเสมอของความหนาของพันธะ. นักออกแบบที่ทำงานร่วมกับ ซิลิกอนคาร์ไบด์เฟสβกับเฟสα ควรทราบว่าผงไมโครเกรด TIM ส่วนใหญ่จะมีเฟส α เป็นส่วนใหญ่ (6โพลีไทป์ H หรือ 4H), ซึ่งแสดงแอนไอโซโทรปีสูงกว่าเล็กน้อยที่ระดับคริสตัล แต่มีประสิทธิภาพเทียบเท่าในเมทริกซ์คอมโพสิตไอโซโทรปิก.

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: ผงไมโครซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวขนาดอนุภาคใดที่เหมาะกับวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนมากที่สุด?

ก: การกระจายแบบไบโมดัลที่รวม D50 ที่ 10–15 µm กับเศษส่วนทุติยภูมิที่ 1–3 µm (ผสมประมาณ 70:30 ตามน้ำหนัก) เหมาะสมที่สุดสำหรับแอปพลิเคชัน TIM ส่วนใหญ่. การรวมกันนี้ทำให้มีความหนาแน่นในการบรรจุสูงกว่า 68 ปริมาตร% ในขณะที่ยังคงความหนืดที่สามารถจ่ายได้ด้านล่าง 50 ปาสที่ 10 s⁻¹ อัตราเฉือน. ผงกิริยาเดี่ยวที่ต่ำกว่า D50 5 µm ทำให้เกิดความหนืดมากเกินไป; ผงหยาบเท่านั้นที่สูงกว่า D50 30 µm ลดคุณภาพการสัมผัสพื้นผิวที่ส่วนต่อประสานของวัสดุพิมพ์.

ถาม: ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวนำไฟฟ้าได้หรือไม่ — ส่วนประกอบจะลัดวงจรใน TIM หรือไม่?

ก: ซิลิกอนคาร์ไบด์จำนวนมากมีความต้านทานไฟฟ้าในช่วง 10²–10⁴ Ω·cm, ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำ. อย่างไรก็ตาม, ผงไมโคร SiC สีเขียวพัฒนาชั้นผิว SiO₂ ที่ทะลุผ่านได้ (2หนา –5 นาโนเมตร) ระหว่างการผลิตและการเก็บรักษา, เพิ่มความต้านทานอย่างมีประสิทธิผล >10⁴ Ω·cm ในรูปแบบผง. ในซิลิโคนหรือเมทริกซ์อีพ็อกซี่ที่โหลด 50–60% โดยปริมาตร, โดยทั่วไปแล้วความต้านทานต่อปริมาตรคอมโพสิตจะเกิน 10⁸ Ω·cm, ซึ่งเป็นที่ยอมรับสำหรับการใช้งานบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังส่วนใหญ่. ตัวระบุที่ต้องการการแยกตัวที่สูงขึ้นควรประเมินการบำบัดหลังออกซิเดชันที่พื้นผิว หรือการผสมกับ AlN.

ถาม: ระดับความบริสุทธิ์ของ SiC สีเขียวที่จำเป็นสำหรับการใช้งาน TIM, และจะตรวจสอบได้อย่างไร?

ก: ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวเกรด TIM ควรเป็นไปตามปริมาณ SiC ≥99.0% และมีซิลิคอนอิสระ ≤0.1%, คาร์บอนอิสระ ≤0.3%, และสิ่งสกปรกที่เป็นโลหะทั้งหมด (เฟ, อัล, แคลิฟอร์เนีย) ≤500 ppm. การตรวจสอบควรดำเนินการโดย ICP-OES (สเปกโตรมิเตอร์การแผ่รังสีด้วยแสงพลาสม่าคู่แบบเหนี่ยวนำ) ตามวิธีการตรวจสอบย้อนกลับไปยังวัสดุอ้างอิงที่ได้รับการรับรอง. การเรืองแสงด้วยรังสีเอกซ์ (เอ็กซ์อาร์เอฟ) เป็นที่ยอมรับสำหรับการคัดกรองระดับการผลิต แต่ไม่ควรแทนที่ ICP-OES สำหรับล็อตที่ผ่านการรับรอง, เป็นความไว XRF สำหรับโลหะปริมาณเล็กน้อยด้านล่าง 100 ppm ไม่เพียงพอสำหรับการใช้งานทางอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความน่าเชื่อถือสูง.

ถาม: SiC สีเขียวเปรียบเทียบกับอะลูมิเนียมไนไตรด์ในฐานะตัวเติม TIM อย่างไรในแง่ของต้นทุนและประสิทธิภาพ?

ก: อะลูมิเนียมไนไตรด์ (อัลเอ็น) มีเพดานการนำความร้อนที่สูงกว่า (140–180 วัตต์/เมตร·K เทียบกับ. 120–150 วัตต์/เมตร·K สำหรับ GSiC) และฉนวนไฟฟ้าที่เหนือกว่า (ความต้านทาน >10¹³ Ω·ซม). อย่างไรก็ตาม, โดยทั่วไปแล้ว AlN จะมีราคาสูงกว่า GSiC 4–8 เท่าต่อกิโลกรัมซึ่งมีขนาดอนุภาคและความบริสุทธิ์เท่ากัน, และมีความไวต่อการไฮโดรไลซิสในสภาพแวดล้อมที่ชื้น, ต้องมีการควบคุมความชื้นที่เข้มงวดมากขึ้นระหว่างการแปรรูป. สำหรับ TIM แบบคอมโพสิตที่มีค่าการนำไฟฟ้าจำนวนมากเป้าหมายอยู่ที่ 3–6 W/m·K, GSiC บรรลุประสิทธิภาพการใช้งานที่เทียบเท่าโดยมีต้นทุนการผสมสูตรลดลงอย่างมาก, ทำให้เป็นฟิลเลอร์ที่ต้องการซึ่งตรงตามข้อกำหนดการแยกไฟฟ้าโดยการเลือกเมทริกซ์.

ถาม: สารคัปปลิ้งไซเลนชนิดใดที่แนะนำเพื่อปรับปรุงการยึดเกาะ GSiC ในเมทริกซ์ TIM ของซิลิโคน?

ก: อะมิโนโพรพิลไตรเอทอกซีไซเลน (เหมาะสม) และไกลซิดอกซีโพรพิลไตรเมทอกซีไซเลน (GPTMS) เป็นตัวเลือกที่ได้รับการตรวจสอบอย่างกว้างขวางที่สุด. การรักษาที่ 0.5–1.5 wt% เทียบกับมวล GSiC, ใช้ในกระบวนการแห้งหรือขั้นตอนการแก้ปัญหาที่อุณหภูมิ 80–120 °C, สร้างพันธะโควาเลนต์ Si–O–Si ระหว่างชั้นออกไซด์ดั้งเดิมของอนุภาคและกลุ่มหัวไซเลน. ใน 60 % โดยปริมาตร GSiC/คอมโพสิตซิลิโคน, ตัวอย่างที่บำบัดจะแสดงค่าการนำไฟฟ้าจำนวนมากอย่างต่อเนื่องที่ 4.5–6.0 W/m·K เทียบกับ 2.8–3.5 W/m·K สำหรับค่าเทียบเท่าที่ไม่ผ่านการบำบัด, พร้อมกับการปรับปรุงประสิทธิภาพการรักษาความร้อนหลังจากนั้น 1,000 วงจรความร้อน (-40 °C ถึง 150 องศาเซลเซียส, เจเดค JESD22-A104).

เกี่ยวกับเหอหนานสุพีเรีย Abrasives (HSA)

Henan Superior Abrasives (HSA) คือซัพพลายเออร์ระดับโลกของจีนในด้านวัสดุขัดถูและเซรามิกขั้นสูงสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมทั่วโลก. กลุ่มผลิตภัณฑ์หลักของเราประกอบด้วยซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำ, ซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียว, ซิลิคอนคาร์ไบด์เกรดอิเล็กทรอนิกส์ (SiC), อลูมินาผสมสีขาว, อลูมินาผสมสีน้ำตาล, โบรอนคาร์ไบด์, แคลเซียมอะลูมิเนตที่หลอมละลาย, และสารกัดกร่อน SG.

ให้บริการลูกค้าใน 30+ ประเทศ, HSA จัดหาวัสดุที่เชื่อถือได้สำหรับสารกัดกร่อน, วัสดุทนไฟ, เซรามิกทางเทคนิค, การใช้งานเซมิคอนดักเตอร์, การขัดที่แม่นยำ, พ่นทราย, โลหะวิทยา, และวัสดุก่อสร้างประสิทธิภาพสูง.

รับใบเสนอราคาหรือตัวอย่างฟรี

กำลังมองหาซัพพลายเออร์ที่เชื่อถือได้สำหรับวัสดุขัดถูระดับพรีเมียมและวัสดุเซรามิกขั้นสูง? ติดต่อทีมเทคนิคของเราวันนี้ — เราตอบกลับภายใน 24 ชั่วโมงและสามารถจัดเตรียมตัวอย่างฟรีสำหรับโครงการที่ผ่านการรับรอง.